CN109506659A - 激光导航agv及其导航方法 - Google Patents

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王平
潘永平
程瑞敏
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Abstract

本发明提供一种激光导航AGV及其导航方法，所述激光导航AGV包括：控制器，用于对AGV进行导航控制；激光扫描仪，用于按第一周期测量AGV与周围工作环境中的反射板的距离，并传送给控制器用以进行坐标换算；倾角传感器，用于按第二周期测量AGV相对于水平面的倾斜角度，并传送给控制器用以在控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正。本发明通过双轴倾角传感器，即X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器，测量AGV相对于水平面的倾斜角度，从而对AGV与反射板的距离的X轴方向分量和Y轴方向分量进行修正，使得换算出的当前AGV相对于各反射板的坐标准确，从而确保即使AGV行驶在不平整地面上，导航位置也很准确。

Description

激光导航AGV及其导航方法
技术领域
本发明涉及运输设备领域，特别涉及叉车式AGV小车。
背景技术
AGV小车，全称Automated Guided Vehicle小车，可以自动导航，将货物运送到目的地，一般在物流系统或工厂内应用较多。AGV小车上安装有激光扫描仪，通过激光测量AGV小车与周围工作环境中的反射板的距离，从而进行导航，这种AGV小车一般称为激光导航AGV。但激光导航对AGV小车所行驶的地面要求较高，如果地面平整度较好，激光测量的距离准确，则导航就准确。但如果地面不平整，激光测量的距离就并不真正是AGV小车与周围工作环境的距离，则导航的位置就会发生错误。
发明内容
鉴于目前现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以精确导航的激光导航AGV及其导航方法。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种激光导航AGV，包括：控制器，用于对AGV进行导航控制；激光扫描仪，用于按第一周期测量AGV与周围工作环境中的反射板的距离，并传送给控制器用以进行坐标换算；倾角传感器，用于按第二周期测量AGV相对于水平面的倾斜角度，并传送给控制器用以在控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正。
进一步，其中所述倾角传感器包括X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器，所述X轴与Y轴相垂直且均与水平面平行。
进一步，其中所述控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正包括：X=X’*Cosβ，其中X为修正后的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，X’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，β为X轴倾角传感器测量得到的X轴倾斜角度；Y=Y’*Cosα，其中Y为修正后的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，Y’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，α为Y轴倾角传感器测量得到的Y轴倾斜角度。
进一步，其中所述β和α的取值范围为：-45°<β<45°，-45°<α<45°。
进一步，其中所述控制器还控制激光扫描仪旋转，并实时获取激光扫描仪传送所述AGV与反射板的距离时AGV相对于反射板的旋转角度，所述激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量和Y轴方向分量为所述激光扫描仪测量得到的所述AGV与反射板的距离根据所述旋转角度进行换算。
进一步，其中所述倾角传感器位于所述激光扫描仪顶部中央。
进一步，其中所述第二周期小于等于所述第一周期。
进一步，其中所述第一周期为每隔20ms发送一次，所述第二周期为每隔10ms发送一次。
进一步，其中所述倾角传感器通过现场总线与控制器相连或者两者通过各自的模拟量输入输出接口模块进行连接，所述现场总线包括EtherCAT、Canopen。
进一步，所述反射板向下延伸到地面。
一种激光导航AGV的导航方法，所述激光导航AGV包括控制器、激光扫描仪以及倾角传感器，所述激光导航AGV的导航方法包括：
控制器对AGV进行导航控制；
激光扫描仪按第一周期测量AGV与周围工作环境中的反射板的距离，并传送给控制器用以进行坐标换算；
倾角传感器按第二周期测量AGV相对于水平面的倾斜角度，并传送给控制器用以在控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正。
进一步，其中所述倾角传感器包括X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器，所述X轴与Y轴相垂直且均与水平面平行；
其中所述控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正包括：X=X’*Cosβ，其中X为修正后的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，X’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，β为X轴倾角传感器测量得到的X轴倾斜角度；Y=Y’*Cosα，其中Y为修正后的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，Y’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，α为Y轴倾角传感器测量得到的Y轴倾斜角度。
进一步，其中所述β和α的取值范围为：-45°<β<45°，-45°<α<45°。
进一步，其中所述控制器还控制激光扫描仪旋转，并实时获取激光扫描仪传送所述AGV与反射板的距离时AGV相对于反射板的旋转角度，所述激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量和Y轴方向分量为所述激光扫描仪测量得到的所述AGV与反射板的距离根据所述旋转角度进行换算。
进一步，其中所述第二周期小于等于所述第一周期。
进一步，其中所述第一周期为每隔20ms发送一次，所述第二周期为每隔10ms发送一次。
本发明的优点：本发明通过双轴倾角传感器，即X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器，测量AGV相对于水平面的倾斜角度，从而对AGV与反射板的距离的X轴方向分量和Y轴方向分量进行修正，使得换算出的当前AGV相对于各反射板的坐标准确，从而确保即使AGV行驶在不平整地面上，导航位置也很准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 为本发明一实施方式所述的一种激光导航AGV在工作环境中的示意图。
图2 为本发明一实施方式所述的一种激光导航AGV的结构示意图以及局部放大示意图。
图3(a)、3(b)分别为本发明一实施方式所述的一种激光导航AGV根据X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器测量得到的倾斜角度对AGV与反射板的距离的X轴方向分量和Y轴方向分量进行修正的示意图。
图4 为本发明一实施方式所述的一种激光导航AGV的导航方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1所示，本发明一实施方式所述的一种激光导航AGV在工作环境中的示意图。所述激光导航AGV上安装有激光扫描仪2，所述工作环境中墙壁（或隔板壁）和/或立柱上安装有反射板4，激光导航AGV的内部控制器(请参见图2中标号为1者)中设置好各反射板的相对坐标。所述激光导航AGV在工作环境中行驶时，控制器1控制激光扫描仪2旋转扫描，激光扫描仪2测量得到AGV与各反射板4的距离，控制器1同时获取激光扫描仪2传送AGV与各反射板4的距离时所述AGV相对于各反射板4的旋转角度，然后控制器1根据所述AGV与各反射板4的距离和旋转角度，计算AGV与反射板4的距离在X轴方向的分量和在Y轴方向的分量，进而换算当前AGV相对于各反射板4的坐标，进而进行导航控制。
如果AGV行驶的地面，平整度较好，则上述激光导航AGV可以准确的导航至目的地。但当地面的平整度不好的话，则上述激光导航AGV往往会走偏，因为地面不平，使得AGV倾斜，从而使得激光扫描仪2测量得到的距离并不真正是所述AGV相对于各反射板4的距离。所以，本发明激光导航AGV安装有倾角传感器以测量得到AGV相对于水平面的倾斜角度，从而对激光扫描仪测量得到的距离进行修正，以获取AGV相对各反射板的真正距离，从而保证导航精确。
请参见图2所示，本发明一实施方式所述的一种激光导航AGV的倾角传感器3安装在激光扫描仪2顶部中央的位置，这样测量得到的倾斜角度最接近于激光扫描仪2的实际倾斜角度。当然，也可以安装在其他靠近激光扫描仪2的位置，不过计算时最好要考虑相应的倾角偏移量。
本发明一实施方式所述的一种激光导航AGV的倾角传感器,为双轴倾角传感器中,包括X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器，所述X轴与Y轴相垂直且均与水平面平行。X轴倾角传感器用于测量所述AGV相对于水平面在X轴方向的倾斜角度，所述Y轴倾角传感器用于测量所述AGV相对于水平面在Y轴方向的倾斜角度。
所述控制器1进行坐标换算时，对AGV与反射板4的距离进行修正。其中包括：X=X’*Cosβ，其中X为修正后的AGV与反射板4的距离的X轴方向分量，也即AGV与反射板4的距离在X轴方向的分量的真正数值，X’是激光扫描仪2测量得到的AGV与反射板4的距离的X轴方向分量，β为X轴倾角传感器测量得到的X轴倾斜角度；Y=Y’*Cosα，其中Y为修正后的AGV与反射板4的距离的Y轴方向分量，也即AGV与反射板4的距离在Y轴方向的分量的真正数值，Y’是激光扫描仪2测量得到的AGV与反射板4的距离的Y轴方向分量，α为Y轴倾角传感器测量得到的Y轴倾斜角度。
其中，所述β和α的取值范围为：-45°<β<45°，-45°<α<45°。
激光扫描仪2，是按第一周期测量AGV与反射板4的距离，并传送给控制器1进行坐标换算；倾角传感器3，是按第二周期测量AGV相对于水平面的倾斜角度，并传送给控制器1。所述第二周期最好小于等于所述第一周期，这样计算才会更精确。在本实施方式中，所述第一周期为每隔20ms测量并传送一次，即每秒更新6次位置；所述第二周期为每隔10ms测量并传送一次，当然隔15ms或 20ms也可以，只要不大于第一周期即可。
所述倾角传感器3通过现场总线与控制器1相连或者两者通过各自的模拟量输入输出接口模块进行连接，以进行数据的快速传送。所述现场总线包括EtherCAT、Canopen等。
所述反射板4可以距离地面有一定距离，也可以向下延伸到地面，以确保能接受到激光扫描仪发出的激光。
请参见图4所示，本发明一实施方式所述的一种激光导航AGV的导航方法，所述激光导航AGV包括控制器、激光扫描仪以及倾角传感器，所述激光导航AGV的导航方法包括：
控制器对AGV进行导航控制；
激光扫描仪按第一周期测量AGV与周围工作环境中的反射板的距离，并传送给控制器用以进行坐标换算；
倾角传感器按第二周期测量AGV相对于水平面的倾斜角度，并传送给控制器用以在控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正。
其中，所述倾角传感器包括X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器，所述X轴与Y轴相垂直且均与水平面平行。所述控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正，包括：X=X’*Cosβ，其中X为修正后的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，X’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，β为X轴倾角传感器测量得到的X轴倾斜角度；Y=Y’*Cosα，其中Y为修正后的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，Y’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，α为Y轴倾角传感器测量得到的Y轴倾斜角度。
其中，所述β和α的取值范围为：-45°<β<45°，-45°<α<45°。
所述控制器还控制激光扫描仪旋转，并实时获取激光扫描仪传送所述AGV与反射板的距离时AGV相对于反射板的旋转角度，所述激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量和Y轴方向分量为所述激光扫描仪测量得到的所述AGV与反射板的距离根据所述旋转角度进行换算。
所述第二周期最好小于等于所述第一周期，这样计算才会更精确。在本实施方式中，所述第一周期为每隔20ms测量并传送一次，即每秒更新6次位置；所述第二周期为每隔10ms测量并传送一次，当然隔15ms或 20ms也可以，只要不大于第一周期即可。本发明通过双轴倾角传感器3，即X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器，测量AGV相对于水平面的倾斜角度，从而对AGV与反射板4的距离的X轴方向分量和Y轴方向分量进行修正，使得换算出的当前AGV相对于各反射4板的坐标准确，从而确保即使AGV行驶在不平整地面上，导航位置也很准确。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种激光导航AGV，包括：
控制器，用于对AGV进行导航控制；
激光扫描仪，用于按第一周期测量AGV与周围工作环境中的反射板的距离，并传送给控制器用以进行坐标换算；
其特征在于，所述激光导航AGV还包括：
倾角传感器，用于按第二周期测量AGV相对于水平面的倾斜角度，并传送给控制器用以在控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正。
2.根据权利要求1所述的激光导航AGV，其特征在于，其中所述倾角传感器包括X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器，所述X轴与Y轴相垂直且均与水平面平行。
3.根据权利要求2所述的激光导航AGV，其特征在于，其中所述控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正包括：X=X’*Cosβ，其中X为修正后的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，X’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，β为X轴倾角传感器测量得到的X轴倾斜角度；Y=Y’*Cosα，其中Y为修正后的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，Y’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，α为Y轴倾角传感器测量得到的Y轴倾斜角度。
4.根据权利要求3所述的激光导航AGV，其特征在于，其中所述β和α的取值范围为：-45°<β<45°，-45°<α<45°。
5.根据权利要求4所述的激光导航AGV，其特征在于，其中所述控制器还控制激光扫描仪旋转，并实时获取激光扫描仪传送所述AGV与反射板的距离时AGV相对于反射板的旋转角度，所述激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量和Y轴方向分量为所述激光扫描仪测量得到的所述AGV与反射板的距离根据所述旋转角度进行换算。
6.根据权利要求1所述的激光导航AGV，其特征在于，其中所述倾角传感器位于所述激光扫描仪顶部中央。
7.根据权利要求1所述的激光导航AGV，其特征在于，其中所述第二周期小于等于所述第一周期。
8.根据权利要求7所述的激光导航AGV，其特征在于，其中所述第一周期为每隔20ms发送一次，所述第二周期为每隔10ms发送一次。
9.根据权利要求1所述的激光导航AGV，其特征在于，其中所述倾角传感器通过现场总线与控制器相连或者两者通过各自的模拟量输入输出接口模块进行连接，所述现场总线包括EtherCAT、Canopen。
10.根据权利要求1所述的激光导航AGV，其特征在于，所述反射板向下延伸到地面。
11.一种激光导航AGV的导航方法，所述激光导航AGV包括控制器、激光扫描仪以及倾角传感器，所述激光导航AGV的导航方法包括：
控制器对AGV进行导航控制；
激光扫描仪按第一周期测量AGV与周围工作环境中的反射板的距离，并传送给控制器用以进行坐标换算；
倾角传感器按第二周期测量AGV相对于水平面的倾斜角度，并传送给控制器用以在控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正。
12.根据权利要求11所述的激光导航AGV的导航方法，其特征在于，其中所述倾角传感器包括X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器，所述X轴与Y轴相垂直且均与水平面平行；
其中所述控制器进行坐标换算时对AGV与反射板的距离进行修正包括：X=X’*Cosβ，其中X为修正后的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，X’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量，β为X轴倾角传感器测量得到的X轴倾斜角度；Y=Y’*Cosα，其中Y为修正后的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，Y’是激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的Y轴方向分量，α为Y轴倾角传感器测量得到的Y轴倾斜角度。
13.根据权利要求12所述的激光导航AGV的导航方法，其特征在于，其中所述β和α的取值范围为：-45°<β<45°，-45°<α<45°。
14.根据权利要求13所述的激光导航AGV的导航方法，其特征在于，其中所述控制器还控制激光扫描仪旋转，并实时获取激光扫描仪传送所述AGV与反射板的距离时AGV相对于反射板的旋转角度，所述激光扫描仪测量得到的AGV与反射板的距离的X轴方向分量和Y轴方向分量为所述激光扫描仪测量得到的所述AGV与反射板的距离根据所述旋转角度进行换算。
15.根据权利要求11所述的激光导航AGV的导航方法，其特征在于，其中所述第二周期小于等于所述第一周期。
16.根据权利要求11所述的激光导航AGV的导航方法，其特征在于，其中所述第一周期为每隔20ms发送一次，所述第二周期为每隔10ms发送一次。
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